Investigadores de las Universidades de Cambridge y Bristol encontraron una forma de crear nanoestructuras de semiconductores poliméricos que absorben la luz y transportan su energía más allá de lo observado previamente.
Los científicos comentaron que sus hallazgos podrían ser un "cambio de juego", al permitir que la energía de la luz solar absorbida en estos materiales sea capturada y utilizada de manera más eficiente.
Los plásticos semiconductores livianos son ahora ampliamente utilizados en las pantallas electrónicas del mercado masivo, como las que se encuentran en teléfonos, tabletas y televisores de pantalla plana.
Sin embargo, usar estos materiales para convertir la luz solar en electricidad, para fabricar células solares, es mucho más complejo.
Los estados de fotoemoción, cuando los fotones de luz son absorbidos por el material semiconductor, deben moverse para poder "cosechar" antes de que pierdan su energía.
Estas excitaciones normalmente solo viajan alrededor de 10 nanómetros en semiconductores plásticos (o poliméricos), por lo que los investigadores necesitan construir pequeñas estructuras modeladas a nanoescala para maximizar la "cosecha".
En un comunicado de la Universidad de Cambridge, se informó que el doctor Xu-Hui Jin y sus colegas desarrollaron una nueva forma de hacer estructuras semiconductoras cristalinas altamente ordenadas utilizando polímeros.
El doctor del Laboratorio Cavendish de Cambridge, Michael Price, midió la distancia recorrida por los estados de salida de la foto, que alcanzó distancias de 200 nanómetros, 20 veces más de lo que era posible con anterioridad.
Por lo que 200 nanómetros es especialmente importante porque es mayor que el grosor del material necesario para absorber por completo la luz ambiental, lo que hace que estos polímeros sean más adecuados como recolectores de luz para células solares y fotodetectores.
El coautor del estudio, George Whittell explicó que la ganancia en eficiencia sería en realidad por dos razones: primero, porque las partículas energéticas viajan más lejos, son más fáciles de cosechar, y segundo, ahora se podría incorporar capas de alrededor de 100 nanómetros de espesor, que es el espesor mínimo necesario para absorber toda la energía de la luz, la llamada profundidad de absorción óptica.
“Anteriormente, en capas tan gruesas, las partículas no podían viajar lo suficiente como para llegar a las superficies”, añadió.
Por su parte, el coautor del estudio, Sir Richard Friend, detalló que la distancia que se puede mover esa energía en estos materiales es una gran sorpresa y señala el papel de procesos de transporte cuánticos inesperados.
El equipo de investigación ahora planea preparar estructuras más gruesas que las del estudio actual y mayores que la profundidad de absorción óptica, con el objetivo de construir prototipos de células solares basadas en esta tecnología.
También están preparando otras estructuras capaces de utilizar la luz para realizar reacciones químicas, como la división del agua en hidrógeno y oxígeno.